Фамилия Томильцева — женская форма, мужской вариант — Томильцев. В основе этой фамилии лежит нецерковное имя или прозвище Томило, которое в старину было довольно распространено в северных и центральных губерниях России. Само имя Томило образовано от глагола «томить» — утомлять, мучить, изнурять. Вероятно, так могли назвать беспокойного, непоседливого ребёнка, который «томил» родителей, или же, наоборот, человека спокойного, медлительного, которого самого «томило» какое-либо дело.

Словообразовательная модель здесь классическая для русских фамилий: суффикс -ев- указывает на принадлежность («чей?»), то есть Томильцев — это потомок Томилы. Интересна вставка мягкого знака перед суффиксом: в основе Томил- при добавлении -ев- происходит смягчение конечного согласного, что на письме передаётся как «Томильцев». Это характерно для фамилий, образованных от имён на -ил (Данила — Данильцев, Михайла — Михайльцев), хотя встречается реже, чем стандартное окончание -ов.

Географически фамилия Томильцева привязана к регионам, где имя Томило фиксировалось в писцовых книгах XVI–XVII веков: это Новгородская, Вологодская, Архангельская губернии. В более южных областях фамилия почти не встречается. В отличие от фамилий от крестильных имён (Иванов, Петров), Томильцев — от мирского прозвища, что говорит о невысоком социальном статусе первого носителя: в крестьянской и посадской среде нецерковные имена держались дольше, чем в дворянской.

Спорных версий у этой фамилии нет: корень очевиден, суффикс типичен. Единственное, что может сбить с толку — созвучие с фамилией Томилин, но та образована от другого имени (Томила vs Томило) и имеет окончание -ин. Так что Томильцева — редкий «северный» случай, сохранивший в написании мягкий знак и прямую связь с прозвищем, которое сегодня кажется странным, а четыреста лет назад было обычным бытовым именем.